Le seguenti procedure sono state eseguite con l'approvazione del Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali (IACUC) dell'Università del Connecticut Health Center. Tutti gli interventi chirurgici sono stati eseguiti in condizioni sterili, come indicato dalle linee guida del National Institutes of Health (NIH). Il dolore e il rischio di infezioni sono stati gestiti con analgesici e antisettici adeguati per garantire un esito positivo.
1. Preparazione dell'area chirurgica e degli strumenti
- Prepara la sala operatoria disinfettando le superfici di lavoro con un detergente disinfettante di livello clinico.
NOTA: Il chirurgo deve indossare adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI), inclusi guanti sterili monouso, cuffia per capelli, camice e maschera.
- Preparare un termoforo coperto con un tampone chirurgico sterile. Raccogli e sistema tutti gli strumenti e i reagenti sterili (Tabella dei materiali) con un comodo accesso.
2. Anestesia preoperatoria
- Pesare tutti i topi prima dell'intervento chirurgico. Calcolare i volumi di analgesico da utilizzare in base alla formulazione disponibile di buprenorfina.
- Assemblare un'unità di anestesia animale all'interno dello spazio di lavoro sterile, che include una camera di induzione e un gruppo cono-naso. Impostare l'emissione di ossigeno a 2 L min-1 e l'isoflurano all'1,5-3% (v/v) a seconda dell'età e del peso del topo.
- Una volta che il topo è sedato, rimuovere l'animale dalla camera di induzione e posizionarlo su un tampone chirurgico sterile in posizione supina. Applicare lubrificante oftalmico su entrambi gli occhi. Posiziona il cono del naso sopra la testa. Verificare che il topo sia adeguatamente anestetizzato pizzicando delicatamente la punta. Assicurarsi che non vi sia alcuna risposta riflessa degli arti posteriori prima di procedere.
- Prima dell'intervento chirurgico, rimuovere brevemente il topo dal cono nasale per iniettare la dose totale di buprenorfina a rilascio prolungato per via sottocutanea; La dose totale è di 3,25 mg/kg.
3. Descrizione della procedura chirurgica
NOTA: Questa procedura chirurgica utilizza topi maschi e femmine C57BL/6 di età compresa tra 10 settimane e 24 settimane. La procedura può essere eseguita su topi di età compresa tra 6 settimane e 33 settimane e su vari ceppi consanguinei, come dimostrato da altri10,11. I topi più giovani possono richiedere aghi di lunghezza inferiore, mentre i topi più anziani o più grandi possono richiedere un ago più lungo.
- Riempire una siringa da 3 ml dotata di un ago da 26 G con soluzione fisiologica sterile. Mettilo da parte.
- Rimuovere il pelo dall'arto posteriore su cui verrà eseguita la procedura con tosatrici elettriche o a batteria (lama #40) e rimuovere il pelo sciolto dal campo chirurgico. Utilizzando applicatori sterili con punta in cotone, trattare il sito chirurgico con uno scrub a base di iodio (10% di iodio povidone), seguito da alcol isopropilico al 70%. Strofinare il sito chirurgico partendo dal centro del ginocchio e facendo una spazzata circolare verso l'esterno. Lasciare asciugare il sito. Ripeti i passaggi di scrub 3 volte.
- Posizionare il mouse sulla schiena e flettere il ginocchio della gamba operativa. Tenere la gamba del topo nella mano non dominante in modo che il ginocchio sia piegato sul dito medio, il secondo dito poggi sul femore e il pollice poggi sulla tibia.
- Fai una piccola incisione orizzontale poco profonda appena sotto la rotula usando un bisturi.
NOTA: Questo passaggio migliora la visualizzazione del sito di inserimento. Con l'esperienza, questo passaggio può essere saltato.
- Individua lo spazio articolare posizionando l'ago orizzontalmente sul ginocchio piegato e tastando lo spazio tra il femore e la tibia. Utilizzando questo sito anatomico per guidare, prendi un ago da 25 G e fora manualmente (ruotando l'ago e applicando contemporaneamente una pressione moderata sull'ago) nel femore distale dal ginocchio verso il lato prossimale. Inserire l'ago attraverso o intorno alla rotula.
- Radiografare il topo per assicurarsi che l'ago sia stato posizionato in modo appropriato nella cavità midollare, il più vicino possibile al centro (Figura 1).
- Rimuovere l'ago da 25 G e inserire immediatamente un ago da 26 G nello stesso foro all'interno della cavità midollare. Alesare i lati della cavità midollare con un movimento circolare almeno 5 volte fino a quando non risulta liscia. Mantenere costante il numero di movimenti di alesatura tra ciascun mouse.
NOTA: I passaggi 3.5 e 3.7 possono causare lesioni da ago al chirurgo se non maneggiati con cura.
- Rimuovere l'ago da 26 G e sostituire l'ago da 26 G collegato alla siringa di soluzione fisiologica. Sciacquare la cavità fino a quando il riflusso non diventa limpido. Ciò richiede in genere 1,5-2 ml di soluzione fisiologica. Rimuovere la siringa e l'ago e smaltirli in modo sicuro in un contenitore appuntito.
NOTA: Non ci deve essere resistenza quando si spinge il fluido. In tal caso, reinserire l'ago per assicurarsi che si trovi all'interno della cavità. Potrebbe essere necessario estrarre l'ago a metà.
- Chiudere la ferita cutanea utilizzando una sutura adesiva topica.
4. Assistenza postoperatoria
- Immediatamente dopo l'intervento chirurgico, somministrare la restante metà dose di buprenorfina a rilascio prolungato utilizzando il dosaggio del passaggio 2.4.
NOTA: La buprenorfina a rilascio prolungato fornisce sollievo dal dolore fino a 72 ore.
- Monitora gli animali sul termoforo per segni di respirazione normale e senza ostacoli fino al risveglio dall'intervento chirurgico. Una volta deambulanti, riporta i topi nella loro gabbia.
- Continua a monitorare i topi una volta al giorno per 3 giorni dopo l'intervento chirurgico per assicurarti che stiano guarendo correttamente e abbiano piena mobilità, osservando i segni di dolore.
5. Elaborazione delle ossa per la scansione e l'analisi μCT
- Eutanasia dei topi secondo il metodo di eutanasia umana regolato e approvato dall'IACUC o da altre politiche istituzionali applicabili. In questo caso, è stato utilizzato il metodo di eutanasia primaria di inalazione di CO2 , seguito da un metodo secondario di lussazione cervicale.
- Raccogli i femori staccando la pelle intorno agli arti posteriori e rimuovendo l'intero arto all'altezza dell'articolazione dell'anca.
- Inserire ogni arto tra due spugne in una cassetta di inclusione. Trasferire le ossa nelle loro cassette in una soluzione di formalina al 10% e fissarle a 4 °C per 5-7 giorni, considerando l'età e le dimensioni del topo.
NOTA: Sia la sovrafissazione che la sottofissazione determinano una scarsa risoluzione del midollo.
- Dopo il fissaggio, lavare le cassette in soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) per 5 minuti 3 volte.
- Rimuovere gli arti dalle cassette e tagliare via i muscoli usando un bisturi, se necessario.
NOTA: A seconda delle applicazioni a valle, una manipolazione brusca può distruggere lo strato periostale dell'osso.
- Separare il femore al ginocchio tagliando con cura i legamenti usando piccole forbici chirurgiche o un bisturi.
NOTA: Le tibie possono essere utilizzate per altre applicazioni o scartate.
- Trasferire i femori in provette coniche da 1,7 mL o 15 mL in una soluzione di etanolo al 70%. Le ossa possono rimanere in etanolo al 70% a 4 °C fino al momento della scansione μCT.
- Scansiona e valuta i femori per i parametri trabecolari, producendo dati qualitativi e quantitativi.
6. Lavorazione di ossa per il sezionamento congelato e l'istologia
NOTA: Le ossa possono essere lavorate per il sezionamento congelato e l'istologia dopo essere state sottoposte a scansione μCT. La scansione non influisce sulla marcatura fluorescente o sulla successiva colorazione degli anticorpi.
- Trasferire le ossa da etanolo al 70% a PBS e lavare 3 volte, 5 minuti per lavaggio.
- Incubare in una serie di soluzioni di saccarosio dal 10%, 20% al 30% in PBS a 4 °C per una notte ad ogni concentrazione. Conservare le ossa in saccarosio al 30% per un massimo di 5 giorni a 4 °C o in questa soluzione a -20 °C per 6-12 mesi fino al momento dell'inclusione.
NOTA: L'uso di un gradiente di saccarosio si traduce in una migliore penetrazione nei tessuti. Dopo il passaggio 6.1, le ossa possono essere poste direttamente in una soluzione di saccarosio al 30% durante la notte.
- Incorporare le ossa in un composto a temperatura di taglio ottimale (OCT) utilizzando stampi per crioinclusione. Conservare a -80 °C fino al momento della sezionamento.
- Sezionare le ossa incorporate utilizzando il metodo del nastro criografico con temperatura del criostato impostata tra -24 °C e -26 °C.
- Far aderire le sezioni del criofilm a un vetrino adesivo utilizzando un adesivo ottico e polimerizzarlo fino a indurirlo utilizzando un reticolante ultravioletto (UV).
7. Elaborazione per citometria a flusso
NOTA: Questo protocollo è compatibile con una varietà di anticorpi. Per caratterizzare le cellule staminali scheletriche e le cellule progenitrici, si raccomanda di raggruppare 3-4 ossa insieme poiché si tratta di popolazioni cellulari rare nel midollo osseo.
- Preparare i terreni di colorazione (FSM) per la selezione cellulare attivata dalla fluorescenza (FACS). Per ottenere 1000 mL di soluzione di FSM, combinare: 100 mL di soluzione salina bilanciata di Hanks (HBSS), 10 mL di acido 4-(2-idrossietil)-1-piperazineetanosolfonico (HEPES), 20 mL di siero fetale bovino (FBS), 870 mL di dd H2O. Far passare la soluzione FSM attraverso un filtro da 0,2 μm.
- Prima di prelevare il tessuto, riempire le piastre di Petri con 4-5 ml di PBS sterile senza calcio e magnesio.
- Preparare il mezzo di digestione
- Per ogni 4-6 femori, preparare una miscela per la digestione in 10 mL di PBS contenente 0,005 g di collagenasi P e 0,02 g di ialuronidasi. Mescolare con un leggero vortice e passare la miscela attraverso un filtro da 0,22 μm.
- Prelevare le ossa il giorno 3 post-operatorio come descritto al passaggio 5.2. Rimuovere tutti i muscoli e il tessuto connettivo con una lama di bisturi.
- Riempire una capsula di Petri con 5 ml di terreno di digestione. Metti 4-6 ossa nel mezzo di digestione. Tritare finemente ogni osso, facendo il primo taglio longitudinalmente e lateralmente.
- Trasferire il tessuto in una provetta a fondo tondo da 14 ml e sigillare con parafilm. Copri tubi in foglio di alluminio.
- Agitare a 37 °C per 20 minuti mantenendo il tubo orizzontalmente sullo shaker.
- Rimuovere il tubo dallo shaker. Le celle saranno raggruppate sul fondo. Raccogliere delicatamente il materiale digerito senza disturbare le cellule sul fondo e passare il digestato attraverso un filtro da 70 μm. Raccogliere il filtrato in una nuova provetta da 50 mL contenente 10 mL di FSM freddo e tenerlo in ghiaccio.
- Alle cellule, aggiungere i restanti 5 ml della miscela per la digestione. Sigillare nuovamente con parafilm e coprire con un foglio di alluminio. Agitare il tubo come descritto sopra. Ripetere i passaggi 7.7-7.8.
- Dopo l'incubazione di 20 minuti a 37 °C, trasferire il digestato nella stessa provetta contenente il digestato della fase 7.8, passando attraverso un filtro da 70 μm con altri 10 mL di FSM.
- Centrifugare la sospensione a 274 x g a 4 °C. Aspirare il surnatante e raccogliere il pellet cellulare. Staccare il pellet picchiettando delicatamente il tubo.
NOTA: La forza centrifuga (g) si basa su un raggio del rotore di 170 mm. Si prega di controllare il raggio del rotore e regolare la velocità di conseguenza.
- Per eseguire la lisi dei globuli rossi, aggiungere 1 mL di tampone lisano ammonio-cloruro-potassio (ACK). Mantenere tutti i reagenti e le cellule sul ghiaccio.
- Incubare le cellule in ACK per circa 5 minuti a RT. Non superare i 5 minuti per evitare di lisi eccessivamente le cellule.
- Aggiungere 9 ml di FSM. Centrifugare a 274 x g per 5 min a 4 °C.
- Aspirare il surnatante. Rompere il pellet della cella rastrellando delicatamente la provetta su una rastrelliera.
- Aggiungere 10 mL di FSM (volume per 4 ossa, può essere regolato in base al numero di ossa combinate) e risospendere.
- Prelevare un'aliquota di ciascun campione e aggiungere ioduro di propidio (PI) secondo le istruzioni del produttore. Conta le cellule vive e totali con un contatore di cellule.
- Procedere con la colorazione degli anticorpi dei campioni utilizzando i marcatori desiderati per l'analisi della citometria a flusso 12,13,14.